5000. Proteinstruktur an BESSY II: Startpunkt für einen COVID-Wirkstoff
Die Struktur zeigt eine Hauptdomäne des Nichtstrukturproteins 1 (Nsp1) von SARS-CoV-2. In einer der Vertiefungen hat ein kleines Molekül aus der Fragmentbibliothek angedockt. Dieses Molekül könnte ein Startpunkt für die Entwicklung antiviraler Medikamente sein. © HZB
Viele Proteine besitzen eine komplexe Architektur, die bestimmte biologische Funktionen ermöglicht. An manchen Stellen können Moleküle andocken und die Funktion des Proteins verändern. Ein Team am HZB hat nun das Nsp1-Protein untersucht, das bei der Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus eine Rolle spielt. Sie analysierten Proteinkristalle, die sie zuvor mit Molekülen aus einer Fragmentbibliothek versetzt hatten und entdeckten dabei insgesamt 21 Kandidaten als Startpunkte für die Medikamentenentwicklung. Gleichzeitig entschlüsselten sie damit auch die 5000. Struktur an BESSY II.
Auch nach dem Abklingen der weltweiten Covid-Pandemie zirkulieren noch viele SARS-CoV-2-Varianten um die Welt, und die Suche nach wirksamen Medikamenten geht weiter. Ein Team am HZB hat nun die Hauptdomäne des so genannten Nsp1-Proteins untersucht, das eine Rolle bei der Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus spielt. Das Nsp1-Protein blockiert die Produktion von zelleigenen Proteinen in den Ribosomen der Wirtszellen und behindert damit die Abwehr des SARS-CoV-2-Virus. Daher gilt die Hauptdomäne von Nsp1 als vielversprechendes Ziel für die Entwicklung von antiviralen Medikamenten.
Das MX-Team an BESSY II hat dazu ein Hochdurchsatzexperiment mit einer Fragmentbibliothek durchgeführt. Diese Fragmentbibliothek besteht aus hunderten von kleinen Molekülen, die einzeln mit Kristallen des Nsp1 Proteins vermischt werden. Diese Kristalle wurden dann an den MX-Beamlines von BESSY II gemessen und die jeweiligen dreidimensionalen Strukturen bestimmt. Dabei zeigte sich, dass 21 dieser Moleküle an die Hauptdomäne von Nsp1 andocken konnten. Viele dieser Fragmente, darunter auch dasjenige, das in der 5000. Struktur zu sehen ist, docken tief in einer Tasche von Nsp1 an, die sich in der Nähe eines funktional wichtigen Bereichs befindet. „Damit ist es ein vielversprechender Ausgangspunkt für die Entwicklung größerer Wirkstoff-Moleküle, die Nsp1 während der Vermehrung von SARS-CoV-2 stören können“, sagt Dr. Frank Lennartz, Erstautor der Studie.
„Mit dem Fragment-Screening können wir systematisch kleine chemische Bausteine testen und herausfinden, welche davon an bestimmten Stellen an das Proteins binden. Das zeigt, wo das Protein angreifbar ist und liefert gleichzeitig Anfangsbausteine, aus denen sich komplexe Wirkstoffe entwickeln lassen“, sagt Dr. Manfred Weiss, Leiter der Makromolekularen Kristallographie am HZB.
- Was die Zinkkonzentration in Zähnen verrätZähne sind Verbundstrukturen aus Mineralien und Proteinen, dabei besteht der Großteil des Zahns aus Dentin, einem knochenartigen, hochporösen Material. Diese Struktur macht Zähne sowohl stark als auch empfindlich. Neben Kalzium und Phosphat enthalten Zähne auch Spurenelemente wie Zink. Mit komplementären mikroskopischen Verfahren hat ein Team der Charité Berlin, der TU Berlin und des HZB die Verteilung von natürlichem Zink im Zahn ermittelt. Das Ergebnis: mit zunehmender Porosität des Dentins in Richtung Pulpa steigt die Zinkkonzentration um das 5- bis 10-fache. Diese Erkenntnis hilft, den Einfluss von zinkhaltigen Füllungen auf die Zahngesundheit besser zu verstehen und könnte Verbesserungen in der Zahnmedizin anstoßen.
- Topologische Überraschungen beim Element KobaltDas Element Kobalt gilt als typischer Ferromagnet ohne weitere Geheimnisse. Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Jaime Sánchez-Barriga (HZB) hat nun jedoch komplexe topologische Merkmale in der elektronischen Struktur von Kobalt entdeckt. Spin-aufgelöste Messungen der Bandstruktur (Spin-ARPES) an BESSY II zeigten verschränkte Energiebänder, die sich selbst bei Raumtemperatur entlang ausgedehnter Pfade in bestimmten kristallographischen Richtungen kreuzen. Dadurch kann Kobalt als hochgradig abstimmbare und unerwartet reichhaltige topologische Plattform verstanden werden. Dies eröffnet Perspektiven, um magnetische topologische Zustände in Kobalt für künftige Informationstechnologien zu nutzen.
- MXene als Energiespeicher: Vielseitiger als gedachtMXene-Materialien könnten sich für eine neue Technologie eignen, um elektrische Ladungen zu speichern. Die Ladungsspeicherung war jedoch bislang in MXenen nicht vollständig verstanden. Ein Team am HZB hat erstmals einzelne MXene-Flocken untersucht, um diese Prozesse im Detail aufzuklären. Mit dem in situ-Röntgenmikroskop „MYSTIIC” an BESSY II gelang es ihnen, die chemischen Zustände von Titanatomen auf den Oberflächen der MXene-Flocken zu kartieren. Die Ergebnisse zeigen, dass es zwei unterschiedliche Redox-Reaktionen gibt, die vom jeweils verwendeten Elektrolyten abhängen. Die Studie schafft eine Grundlage für die Optimierung von MXene-Materialien als pseudokapazitive Energiespeicher.